基于B IM 技術的裝配式建筑模具探究

李貝貝 劉 燕

廣州華立科技職業學院 廣東廣州 527324

模具作為裝配式建筑深化設計后不可或缺的產品，在深化設計與施工方面起了承上啟下的作用，一方面需要考慮深化設計的開孔預埋件的精準性，另一方面又需要對接施工現場安裝，能夠順利施工。若模具產生問題，則構件將無法正常使用，產生不可預計的損失；若模具設置得當，施工安全保障的同時也能夠降低成本，提高相應的生產效率。

1 研究現狀分析

我國裝配式建筑率以及BIM 技術在裝配式建筑上的應用率都在逐步提高，2020 年兩會上裝配式建筑仍舊是熱點問題之一，在國家政策鼓勵下，不少地方甚至對新建建筑物的裝配式預制率提出了相關要求，對基于BIM 技術的建筑智能化也在大力鼓勵及推動。裝配式建筑與BIM 技術的應用的發展狀況見圖1～圖4。

圖1 裝配式建筑新建面積及占比

圖2 裝配式建筑市場規模預測

圖3 我國企業BIM 使用情況

圖4 國內企業BIM 費用投入情況

從上述圖中可以看到，我國裝配式建筑仍舊處于初步發展階段，各個環節也都處于探索階段，對于裝配式模具的設計與規范還未受到重視與關注，目前模具的制作都還處于模仿探索階段。對于模具設計、模具選材、制作工藝以及脫模方式還處于比較粗獷的狀態，模具的制作與優化還未得到足夠重視，往往是設計圖紙經過深化后，直接給預制工廠進行預制構件的制作，構件工廠根據深化后的圖紙進行模具的制作，一個工程需要很多模具，工程結束后模具也就失去了作用，造成了浪費，更沒有通過BIM 技術進行模具的規整與整合，這也是造成模具通用性差、模具浪費的原因。

我國在裝配式模具的生產制造還處于模仿探索階段，但我國已有一部分學者認識到了裝配式模具的問題。有學者在分析不同的拆分方案會直接影響生產用的模具，模具費用是裝配式構件成本中占比較大的一個分項，好的拆分設計方案可以將模具費用占比控制在10%左右，能夠有效控制預制構件生產成本；有學者在探討裝配式項目成本時也提出模具的利用率和周轉次數也是成本較高的原因之一；有學者提出利用BIM 技術建立預制構件模型，通過軟件的碰撞等功能為模具廠家提供模具模型出筋開孔位置及開孔余量，減少模具錯誤率；也有學者提出了裝配式模具設計在整個預制構件生產環節至關重要，分析了國內模具存在重量大、通用性差、設計標準不統一，并提出了模具的發展趨勢。學者們對裝配式深化設計后所用的模具也在逐步思考其存在的問題及解決方案，在了解裝配式建筑模具存在的問題后，基于BIM 技術對裝配式建筑模具提出相應的看法。

2 裝配式模具存在的問題

2.1 裝配式模具重量大

現階段構件模具的材料大多采用鋼模或鋁膜，在制作設計的過程中，一方面需要考慮模具的變形及模具尺寸的精度，另一方面由于制作出來的構件是裝配式混凝土構件，還需要考慮構件本身也會因為自身的材料發生變形，因此，在設計模具時，往往會為了保證其變形率在一定范圍內，將模具設計的比較厚重。裝配式模具的厚重雖然在一定程度上保證了其變形在一定范圍內，但模具的厚重增加了模具材料的重量，增加成本的同時，也在脫模的過程中增加了難度，特別是需要使用上提式脫模形式。由于與攪拌好的混凝土長期接觸，裝配式模具的材料經常處于有水的環境中，裝配式模具也會被腐蝕，發生銹蝕現象。

2.2 裝配式模具尺寸、形狀過多

隨著國家裝配式建造的發展，模具的型號與成本也不斷增加，但至今尚未形成定型的標準化設計與生產模式，預制構件的模具由于工程適用性比較窄，周轉次數比較少，損耗比較嚴重，不能夠達到多次使用的效果，同時模具的尺寸各異，未形成某些模具間通用組合的效果，這樣也造成了浪費。每個建筑工程采用裝配式建筑模式時，都需要大量的構件，這些構件都需要大量的模具。由于采用的深化設計的圖紙不一，企業的標準也不統一，構件的連接方式也沒有統一，因此在模具的設計階段，模具的尺寸也會涉及多種多樣，為模具的重復使用造成了難度。每個工程為突出其獨立性、外觀的美觀性，會采用異形構件，深化設計時采用的軟件不一，也會造成模具的形狀多樣，模具的尺寸與形狀的多樣都為裝配式建筑增加了負擔。

2.3 裝配式模具成本高

建筑由于其各自的特點又需要不同的模具，構件生產所需要的模具種類也比較多，再加上并不是每個建筑場所附近都有相應的模具廠，因此模具還需考慮其運輸成本。同類的建筑，模具經過使用之后都會或多或少造成模具的變形，變形輕時可能還可以進行校正整修，一旦變形過大，模具只能報廢重新制作，這也增加了模具的成本。項目結束之后，幾乎所有的模具都會產生變形，無法再次使用，生命周期較短也成為裝配式模具成本較高的因素。

3 BIM 技術在裝配式建筑模具的應用

3.1 模具設計階段

在圖紙深化階段，圖紙深化的程度與模具生產的尺寸密切相關，而BIM 技術在圖紙深化階段，能夠很好地對圖紙進行分割及轉化，同時也能夠以三維形式來進行展示，使圖紙深化階段的工作能夠與模具生產廠更好地進行溝通交流。在圖紙深化階段利用BIM 技術，能夠快速將同類的構件進行分類，在模具設計時能夠將節省模具數量。在圖紙深化階段，也能夠在滿足規范要求的情況下，將圖紙進行模數化深化，指導模具設計按模數來進行設計。若模具的生產按照模數化來進行生產，很多尺寸的構件可以采用少尺寸多組合的方式。這樣模具的設計能夠減少模具材料的使用，也能夠增加模具在一個周期使用的頻率。

3.2 模具制作階段

制作階段，由于構件需要考慮鋼筋的定位、鋼筋的直徑及鋼筋的伸長等因素，可采用BIM 技術對模具進行參數化建模，對各個部位進行精準定位，同時還能對接BIM深化階段的圖紙，在軟件中進行虛擬仿真分析。考慮好充分的因素后，利用BIM 技術先對模具進行調整，對模具進行優化后，也可以結合3D 打印技術進行模具的生產，提高模具定位準確率。采用了BIM 技術在模具制作階段，以三維立體的圖示展示在制作車間，使車間制作工人的準確率更高，降低不合格率，縮短新進工人培訓時間。

3.3 模具施工階段

現階段，在施工階段采用BIM 技術收到了良好的效果，能夠很大程度上避免了返工，減少了碰撞。同樣采用模具的目的是生產構件進行裝配式建筑的施工，構件中需要包含預埋件，鋼筋的連接位置等，這也需要考慮脫模后構件施工時是否會發生碰撞。因此在施工階段的信息也與模具的生產制作有密不可分的聯系，BIM 技術應用于施工階段，能夠精準檢測出來碰撞的位置，再經過位置的調節，繼而得到其調整后的位置，將其位置反饋到模具的設計制作階段，能夠有效避免模具施工時可能會造成的一系列影響。模具施工階段也能夠結合BIM 技術進行碰撞檢查，初步對模具進行優化。

4 裝配式建筑模具生產建議

4.1 模具材料

建筑采用的都是比較大而且重的構件，模具也需要考慮其變形等因素，模具往往采用了較重的材料，成本高，而且施工拆模困難。在后續的探究中，模具的材料也是制約裝配式建筑發展的一個因素，需要探索新型輕質材料，保證其變形小的同時，能夠耐腐蝕、周轉次數多。

4.2 通用性標準

建筑構件是主體，模具是構件質量與施工的制約因素。現階段的企業模具標準存在差別，模具的設計更是千差萬別，在裝配式建筑中，已經引入了BIM 技術于設計與施工中，在進行圖紙深化設計與施工檢查時，更應注重信息對模具生產的反饋。在模具的設計與生產中，也可引入BIM 技術對模具進行設計與檢查，對接圖紙深化信息、施工反饋信息，對模具生產進行標準化、通用化的生產。

4.3 智能化應用

裝配式建筑的產生實則是實現構件工廠化生產的過程。構件的質量是重中之重，針對模具的生產，需要解決模具的質量，同時也需要解決模具智能化生產的問題，對模具生產出的構件質量采用智能化技術進行追蹤。

5 結語

裝配式建筑是未來建筑業發展的趨勢，裝配式模具作為不可或缺的一部分，不僅要基于建筑模具存在的問題提出建筑裝配式模具結合BIM 技術的建議，還需要模具在設計生產制造的過程中繼續進行探索。